RU2485330C1 - Method of energy generation - Google Patents

Method of energy generation Download PDF

Info

Publication number
RU2485330C1
RU2485330C1 RU2011146309/06A RU2011146309A RU2485330C1 RU 2485330 C1 RU2485330 C1 RU 2485330C1 RU 2011146309/06 A RU2011146309/06 A RU 2011146309/06A RU 2011146309 A RU2011146309 A RU 2011146309A RU 2485330 C1 RU2485330 C1 RU 2485330C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
adsorber
products
converter
power plant
Prior art date
Application number
RU2011146309/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011146309A (en
Inventor
Анатолий Яковлевич Столяревский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2011146309/06A priority Critical patent/RU2485330C1/en
Publication of RU2011146309A publication Critical patent/RU2011146309A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2485330C1 publication Critical patent/RU2485330C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62—Absorption based systems
    • Y02B30/625—Absorption based systems combined with heat or power generation [CHP], e.g. trigeneration

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: method of energy generation, in which an oxygen-containing oxidant is supplied into a power plant, as well as hydrogen-containing gaseous fuel, at least some products of fuel oxidation exiting the power plant are sent into a heat receiver, in which products heat a converter serially, in which due to heating gaseous fuel is produced from a mixture of initial fuel with water steam, and then the first section of the adsorber is heated, in which the flow of fuel is moistened with water steam exiting the sorbent, afterwards the products are sent to the inlet into the second section of the adsorber, in which the flow of products is cooled with extraction of water steam from it into the sorbent. The entry of fuel into the first and second sections of the adsorber is periodically switched from the heating mode to the cooling mode.
EFFECT: invention makes it possible to reduce fuel consumption, to improve performance of power plants and systems of power supply.
9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится преимущественно к способам преобразования энергии горючего (углеводороды, метанол, этанол и другие виды) в механическую (электрическую) энергию, преимущественно к стационарным и транспортным энергетическим установкам и системам энергообеспечения на их основе и предназначено для энергоустановок, снабженных тепловым двигателем или газовой турбиной или электрохимическим генератором.The invention relates primarily to methods of converting fuel energy (hydrocarbons, methanol, ethanol and other types) into mechanical (electrical) energy, mainly to stationary and transport power plants and energy supply systems based on them, and is intended for power plants equipped with a heat engine or gas turbine or electrochemical generator.

Известны способы преобразования энергии горючего (углеводороды, метанол, этанол и другие виды) в механическую (электрическую) энергию, в том числе, в транспортных энергоустановках, преобразующих первичную энергию в электрическую. Значительный потенциал имеют электрохимические генераторы, которые выгодно отличаются высокой эффективностью. Из особенностей работы энергогенерирующих систем известна проблема увеличения эффективности энергоисточника за счет утилизации сбросного тепла. Предложены способы генерации энергии, включающие утилизацию сбросного тепла в тепло- или парогенерирующих аппаратах, вырабатывающих дополнительную энергию для сторонних потребителей. В то же время во многих случаях такие способы не могут быть применены в силу ограничений по сторонним потребителям или по экономическим соображениям. Наиболее серьезные ограничения возникают, например, для транспортных энергоустановок или систем автономного энергообеспечения удаленных объектов. Таким образом, возникает задача создания способов преобразования энергии, энергоустановок и систем, способных обеспечивать высокую эффективность генерации энергии вне зависимости от наличия сторонних потребителей тепла и электроэнергии.Known methods for converting fuel energy (hydrocarbons, methanol, ethanol and other types) into mechanical (electrical) energy, including in transport power plants that convert primary energy into electrical energy. Significant potential have electrochemical generators, which stand out for their high efficiency. Of the features of the operation of energy-generating systems, the known problem of increasing the efficiency of the energy source by utilizing waste heat. Methods of energy generation are proposed, including the utilization of waste heat in heat or steam generating devices that generate additional energy for third-party consumers. At the same time, in many cases, such methods cannot be applied due to restrictions on third-party consumers or for economic reasons. The most serious limitations arise, for example, for transport power plants or autonomous power supply systems for remote facilities. Thus, the task arises of creating energy conversion methods, power plants and systems capable of providing high energy generation efficiency regardless of the presence of third-party heat and electricity consumers.

Известен, в частности, способ производства электрической энергии из природного газа, с использованием топливного элемента на твердом оксиде, содержащий стадии электрохимического окисления природного газа, прошедшего предварительное расширение и нагрев природного газа выходящим из топливного элемента потоком (патент РФ на изобретение №2199172, дата публикации 20.02.2003). Недостатком данного способа и устройства является низкий КПД.Known, in particular, is a method of producing electric energy from natural gas using a solid oxide fuel cell, comprising the steps of electrochemical oxidation of natural gas that has undergone preliminary expansion and heating of natural gas from a fuel cell exiting stream (RF patent for invention No. 2199172, publication date 02/20/2003). The disadvantage of this method and device is the low efficiency.

Предложен также способ генерации энергии в силовой установке, содержащей газотурбинный двигатель. Сущность изобретения: после насоса горючее (метанол, жидкие водород или метан) за счет бросового тепла за основной турбиной в теплообменнике в эндотермической реакции в присутствии катализатора газифицируется (при 250°С) на смесь газов H2 и СО, которая подается на дополнительную турбину, механически связанную с дополнительным компрессором, газы и воздух после которых при из соотношении, близком к стехиометрическому, поступают в камеру сгорания, выполненную в виде полости сопла эжектора, входной патрубок низкого давления которого связан с выходом основного компрессора, как и вход дополнительного компрессора, а выход подключен к входу основной турбины. Часть смеси газов после дополнительной турбины поступает на вход основной турбины и полые ее лопатки, на передних кромках которых выполнены щели для выхода смеси газов в газовоздушный тракт основной турбины (патент РФ на изобретение №2066777, дата публикации 20.09.1996 - прототип). Недостатком данного способа и устройства также является низкий КПД.A method for generating energy in a power plant comprising a gas turbine engine is also proposed. The inventive fuel after the pump (methanol, liquid hydrogen or methane) due to waste heat behind the main turbine in the heat exchanger in the endothermic reaction in the presence of a catalyst is gasified (at 250 ° C) to a mixture of gases H 2 and CO, which is fed to an additional turbine, mechanically connected with an additional compressor, gases and air after which, at a ratio close to stoichiometric, enter the combustion chamber, made in the form of an ejector nozzle cavity, the low-pressure inlet pipe of which is connected with Exit main compressor, as well as an additional compressor input, and an output connected to the main turbine inlet. Part of the gas mixture after the additional turbine enters the inlet of the main turbine and its hollow blades, on the front edges of which there are slots for the gas mixture to enter the gas-air path of the main turbine (RF patent for the invention No. 2066777, publication date 09/20/1996 - prototype). The disadvantage of this method and device is also low efficiency.

В то же время известен каталитический способ осуществления реакции паровой конверсии горючего (этанола) с целью получения синтез-газа или обогащенной водородом газовой смеси, которая может использоваться, например, в качестве топлива для топливных элементов (патент РФ на изобретение №2177366, дата публикации 2000.12.09). Сущность изобретения: способ осуществляется в реакторе с двумя фиксированными слоями катализатора. В качестве катализатора первого слоя используют катализатор, содержащий в качестве активного компонента металл 1Б группы Периодической системы (медь, серебро, золото) и/или благородный металл, выбранный из группы, состоящей из платины, палладия, рутения, родия, иридия, нанесенный на графитоподобный углеродный носитель, катализатор первого слоя содержит активный компонент в количестве не менее 0,05 мас.%. В качестве катализатора второго слоя используют катализатор, содержащий металл VIII группы Периодической системы, выбранный из группы, состоящей из никеля, платины, палладия, рутения, родия, иридия. В реакционную смесь, поступающую на второй слой катализатора, предварительно вводят кислород или двуокись углерода с концентрацией не выше 50 об.%. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса паровой конверсии горючего путем расширения видов исходного сырья за счет использования водно-этанольных смесей, содержащих метанол, и предотвращения дезактивации катализаторов и образования побочных продуктов. Недостатком способа является необходимость дополнительного подвода воды к энергоустановке и затраты горючего на покрытие эндотермичности реакции паровой конверсии горючего.At the same time, a catalytic method is known for carrying out a steam reforming reaction of fuel (ethanol) to produce synthesis gas or a hydrogen-rich gas mixture that can be used, for example, as fuel for fuel cells (RF patent for the invention No. 2177366, publication date 2000.12 .09). The inventive method is carried out in a reactor with two fixed catalyst beds. As a catalyst for the first layer, a catalyst is used containing, as an active component, a metal of group 1B of the Periodic System (copper, silver, gold) and / or a noble metal selected from the group consisting of platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium, supported on a graphite-like carbon carrier, the catalyst of the first layer contains the active component in an amount of not less than 0.05 wt.%. As a catalyst for the second layer, a catalyst containing a metal of group VIII of the Periodic system selected from the group consisting of nickel, platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium is used. Oxygen or carbon dioxide with a concentration of not higher than 50 vol.% Is preliminarily introduced into the reaction mixture entering the second catalyst layer. The invention improves the efficiency of the process of steam conversion of fuel by expanding the types of feedstock through the use of water-ethanol mixtures containing methanol and preventing deactivation of the catalysts and the formation of by-products. The disadvantage of this method is the need for an additional supply of water to the power plant and fuel costs to cover the endothermicity of the steam reforming reaction.

Задача изобретения - создать способ генерации энергии в энергоустановке, в котором расширены функциональные возможности способа, снижен расход горючего, улучшены экономические показатели энергоустановок и систем энергообеспечения.The objective of the invention is to create a method for generating energy in a power plant, in which the functionality of the method is expanded, fuel consumption is reduced, economic indicators of power plants and power supply systems are improved.

Поставленная задача решается тем, что в способе генерации энергии, в котором в энергоустановку подают кислородсодержащий окислитель, а также водородсодержащее газообразное топливо, по меньшей мере, часть продуктов окисления топлива, выходящих из энергоустановки, направляют в теплоприемник, в котором продукты окисления топлива нагревают последовательно конвертер, в котором за счет нагрева получают газообразное топливо из смеси исходного горючего с водяным паром, а затем нагревают первую секцию адсорбера, в котором поток горючего увлажняют водяным паром, выходящим из адсорбера, после чего продукты окисления топлива направляют на вход во вторую секцию адсорбера, в которой поток продуктов окисления топлива охлаждают и сорбируют из него водяной пар.The problem is solved in that in a method for generating energy in which an oxygen-containing oxidizing agent and a hydrogen-containing gaseous fuel are supplied to the power plant, at least a portion of the fuel oxidation products exiting the power plant are sent to a heat sink in which the fuel oxidation products are heated in series with the converter in which, by heating, gaseous fuel is obtained from a mixture of the initial fuel with water vapor, and then the first section of the adsorber is heated in which the fuel stream is moistened they remove water vapor leaving the adsorber, after which the fuel oxidation products are sent to the entrance to the second section of the adsorber, in which the stream of fuel oxidation products is cooled and water vapor is sorbed from it.

Кроме того:Besides:

- вход горючего в первую и вторую секции адсорбера периодически переключают с режима нагрева на режим охлаждения;- the fuel input in the first and second sections of the adsorber is periodically switched from the heating mode to the cooling mode;

- в конвертере реакцию получения газообразного топлива проводят с использованием катализатора;- in the converter, the reaction of obtaining gaseous fuel is carried out using a catalyst;

- исходное горючее выбирают из ряда, содержащего природный газ, углеводороды, диметиловый эфир, метанол, аммиак, этиловый спирт или их смеси;- the initial fuel is selected from the range containing natural gas, hydrocarbons, dimethyl ether, methanol, ammonia, ethyl alcohol or mixtures thereof;

- теплоприемник при отключенной подаче горючего периодически продувают воздухом или продуктами окисления топлива;- when the fuel supply is off, the heat receiver is periodically blown with air or fuel oxidation products;

- перед подачей в сорбент горючее нагревают и/или испаряют за счет охлаждения продуктов окисления топлива;- before feeding into the sorbent, the fuel is heated and / or evaporated by cooling the products of fuel oxidation;

- нагрев конвертера продуктами осуществляют путем прямой прокачки продуктов окисления топлива через конвертер при отключенной подаче горючего;- the converter is heated by the products by direct pumping of the oxidation products of the fuel through the converter with the fuel supply turned off;

- охлаждение продуктов окисления топлива, проходящих через адсорбер, осуществляют с помощью водяного теплоносителя, отделенного от продуктов газонепроницаемой поверхностью;- cooling of the oxidation products of the fuel passing through the adsorber is carried out using an aqueous heat carrier separated from the products by a gas-tight surface;

- в конвертере проводят нейтрализацию вредных веществ, содержащихся в продукте окисления топлива;- in the converter, neutralization of harmful substances contained in the fuel oxidation product is carried out;

- в качестве энергоустановки используют тепловой двигатель или газовую турбину или электрохимический генератор;- as a power plant using a heat engine or gas turbine or an electrochemical generator;

- в качестве сорбента в адсорбере используют цеолит или силикагель или композитные сорбенты, состоящие из матрицы с открытыми порами и помещенного в эти поры гигроскопичного вещества;- zeolite or silica gel or composite sorbents consisting of an open-pore matrix and a hygroscopic substance placed in these pores are used as an adsorbent in the adsorber;

- температурный режим конвертера поддерживают изменением подачи в теплоприемник горючего или продуктов окисления топлива.- the temperature mode of the converter is supported by changing the supply to the heat receiver of fuel or oxidation products of the fuel.

На фиг.1 дана схема реализации способа, где 1 - секционированный теплоприемник,Figure 1 is a diagram of the implementation of the method, where 1 is a partitioned heat sink,

2 - конвертер, 3 - секционированный адсорбер, 4 - воздух, 5 - продукты окисления топлива, 6 - горючее, 7 - газообразное топливо, 8 - первая секция адсорбера, 9 - вторая секция адсорбера, 10 - третья секция адсорбера.2 - converter, 3 - sectioned adsorber, 4 - air, 5 - fuel oxidation products, 6 - fuel, 7 - gaseous fuel, 8 - the first section of the adsorber, 9 - the second section of the adsorber, 10 - the third section of the adsorber.

На фиг.2 показана зависимость изменения температуры продуктов окисления топлива 5 и горючего 6 вдоль секционированного теплоприемника 1.Figure 2 shows the temperature dependence of the oxidation products of fuel 5 and fuel 6 along the partitioned heat sink 1.

На фиг.3 дан разрез секционированного адсорбера с отдельными секциями 8, 9 и 10, работающими в различных режимах.Figure 3 is a sectional view of a sectioned adsorber with individual sections 8, 9 and 10 operating in various modes.

Примером реализации изобретения служит способ генерации энергии, описанный ниже.An example implementation of the invention is the method of generating energy, described below.

В излагаемом примере осуществления изобретения в качестве горючего 6 применяется диметиловый эфир, что позволяет охарактеризовать особенности реализации изобретения применительно к процессам применения жидкого горючего в различных транспортных или стационарных энергоустановках, с возможностью предварительной паровой конверсии горючего 6 в конвертере 2 с получением и окислением образующегося при паровой конверсии синтез-газа до смеси водорода и диоксида углерода, составляющих газообразное топливо 7, вступающего в реакцию с окислителем при генерации энергии в энергоустановке.In the described embodiment of the invention, dimethyl ether is used as fuel 6, which allows us to characterize the features of the invention as applied to the processes of using liquid fuel in various transport or stationary power plants, with the possibility of preliminary steam conversion of fuel 6 in converter 2 to obtain and oxidize the resulting steam reforming synthesis gas to a mixture of hydrogen and carbon dioxide, constituting a gaseous fuel 7, reacting with oxidize lem when generating energy in a power plant.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В качестве энергоустановки могут быть использованы тепловой двигатель или газовая турбина или электрохимический генератор, в которых газообразное топливо 7 окисляется окислителем, например, воздухом 4 с образованием продуктов окисления топлива 5, подаваемых в секционированный теплоприемник 1.As a power plant, a heat engine or gas turbine or an electrochemical generator can be used, in which gaseous fuel 7 is oxidized by an oxidizing agent, for example, air 4 with the formation of fuel oxidation products 5 supplied to the sectioned heat receiver 1.

Выходящие из энергоустановки продукты окисления топлива 5 подают на охлаждение в секционированный теплоприемник 1, в котором продукты окисления топлива 5, содержащие водяной пар и диоксид углерода, нагревают последовательно конвертер 2, в котором за счет нагрева на катализаторе из смеси диметилового эфира 6 с водяным паром получают газообразное топливо 7 (смесь водорода и диоксид углерода). Затем продукты 5 нагревают первую секцию 8 секционированного адсорбера 3, насыщенного водяным паром, после чего продукты 5 направляют на вход во вторую секцию 9 секционированного адсорбера 3, в которой поток продуктов 5, содержащий водяной пар и диоксид углерода, охлаждают с извлечением в сорбент водяного пара. Нагрев секционированного адсорбера 3 первой секции 8 вызывает выделение из него ранее адсорбированной воды, которая выходит в поток горючего 6, приводя к образованию смеси диметилового эфира 6 с водяным паром, поступающей на паровую конверсию в конвертер 2, в котором за счет нагрева продуктами 5 (показаны штриховой линией) из диметилового эфира 6 и водяного пара получают газообразное топливо 7 (смесь водорода и диоксида углерода). Во второй секции 9 секционированного адсорбера 3 из продуктов 5 производят извлечение водяного пара путем сорбции, например, в цеолите. Поскольку сорбция вызывает выделение тепла, а нагрев цеолита снижает его сорбционную емкость, секционированный адсорбер 3 второй секции 9 охлаждают. Перед подачей в первую секцию 8 секционированного адсорбера 3 диметиловый эфир 6, подаваемый на энергоустановку, нагревают и испаряют путем его нагрева продуктами 5 при рабочем давлении энергоустановки.The products of fuel oxidation 5 leaving the power plant are fed for cooling to a partitioned heat sink 1, in which the products of fuel oxidation 5, containing water vapor and carbon dioxide, are heated sequentially by converter 2, in which, by heating on a catalyst, from a mixture of dimethyl ether 6 and water vapor, gaseous fuel 7 (mixture of hydrogen and carbon dioxide). Then, the products 5 are heated in the first section 8 of the partitioned adsorber 3 saturated with water vapor, after which the products 5 are directed to the inlet of the second section 9 of the partitioned adsorber 3, in which the product stream 5 containing water vapor and carbon dioxide is cooled to extract water vapor into the sorbent . The heating of the sectioned adsorber 3 of the first section 8 causes the previously adsorbed water to be released from it, which enters the fuel stream 6, leading to the formation of a mixture of dimethyl ether 6 with water vapor, which is fed to steam conversion in converter 2, in which, by heating products 5 (shown dashed line) from dimethyl ether 6 and water vapor receive gaseous fuel 7 (a mixture of hydrogen and carbon dioxide). In the second section 9 of the sectioned adsorber 3 from products 5, water vapor is extracted by sorption, for example, in zeolite. Since sorption causes heat generation, and heating of the zeolite reduces its sorption capacity, the sectioned adsorber 3 of the second section 9 is cooled. Before serving in the first section 8 of a partitioned adsorber 3, dimethyl ether 6 supplied to the power plant is heated and evaporated by heating it with products 5 at the operating pressure of the power plant.

Насыщение сорбента водяным паром и выделение водяного пара производят при периодическом переключении секций секционированного адсорбера 3 в режимы сорбции и десорбции. В то время как в первую секцию 8 секционированного адсорбера 3 подают диметиловый эфир 6, во второй секции 9 секционированного адсорбера 3 из продуктов 5, охлажденных в конвертере 2, производят извлечение водяного пара с одновременным охлаждением, например, за счет окружающего воздуха 4 или водяного теплоносителя, который затем может охлаждаться в воздушном радиаторе. Может в этом режиме использоваться и третья секция 10 секционированного адсорбера 3, в которой производят предварительное охлаждение при отключенных потоках горючего 6 и продуктов 5.The sorbent is saturated with water vapor and water vapor is produced by periodically switching sections of the sectioned adsorber 3 into sorption and desorption modes. While dimethyl ether 6 is fed into the first section 8 of the sectioned adsorber 3, in the second section 9 of the sectioned adsorber 3 from the products 5 cooled in the converter 2, water vapor is extracted with simultaneous cooling, for example, due to ambient air 4 or water coolant which can then be cooled in an air cooler. The third section 10 of the sectioned adsorber 3 can also be used in this mode, in which preliminary cooling is performed when the fuel flows 6 and products 5 are switched off.

Конверсию диметилового эфира 6 осуществляют при 150-450°C, 1-100 атм (в зависимости, в первую очередь, от типа энергоустановки) и мольном отношении вода / диметиловый эфир (H2O/ДМЭ) 2-10.The conversion of dimethyl ether 6 is carried out at 150-450 ° C, 1-100 atm (depending primarily on the type of power plant) and a molar ratio of water / dimethyl ether (H 2 O / DME) of 2-10.

Процесс протекает по реакциям:The process proceeds according to the reactions:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

суммарная реакция:total reaction:

Figure 00000004
Figure 00000004

Как видно из примера, получение обогащенной по водороду газовой смеси взаимодействием диметилового эфира (ДМЭ) 6 и водяного пара в присутствии катализатора в конвертере 2 позволяет примерно в два раза увеличить поток водорода в топливе 7 с одновременным увеличением массы и расхода рабочего тела в энергоустановке за счет водяного пара.As can be seen from the example, the preparation of a hydrogen-enriched gas mixture by the interaction of dimethyl ether (DME) 6 and water vapor in the presence of a catalyst in converter 2 makes it possible to approximately double the hydrogen flow in fuel 7, while simultaneously increasing the mass and flow rate of the working fluid in the power plant due to water vapor.

В качестве каталитической системы в конвертере 2 может применяться состав, в котором в качестве катализатора гидратации ДМЭ используются гетерополикислоты (ГПК) или их соли, нанесенные на носитель; в качестве катализатора паровой конверсии метанола - известные медьсодержащие катализаторы, например Cu-Zn-Al - катализатор синтеза метанола, Cu-Zn-Al (Cr) или Cu-Mg-катализаторы паровой конверсии CO (Патент РФ N 2165790, дата приоритета: 13.03.2000).As a catalytic system in converter 2, a composition can be used in which heteropolyacids (HPA) or their salts supported on a carrier are used as a catalyst for hydration of DME; well-known copper-containing catalysts are used as a methanol steam reforming catalyst, for example Cu-Zn-Al - methanol synthesis catalyst, Cu-Zn-Al (Cr) or Cu-Mg CO steam reforming catalysts (RF Patent N 2165790, priority date: 13.03. 2000).

В варианте применения способа в сочетании с двигателем внутреннего сгорания характерной мощностью 80 кВт применение способа позволит полезно использовать почти 100 кВт сбросного тепла продуктов из более чем 200 кВт тепловой энергии, выбрасываемой двигателем в окружающую среду.In an application of the method in combination with an internal combustion engine with a characteristic power of 80 kW, application of the method will make it possible to use almost 100 kW of waste heat of products from more than 200 kW of thermal energy emitted by the engine into the environment.

Соответствующий расход горючего (диметилового эфира) 6 при номинальном режиме двигателя составит около 2.4 кг/ч, что потребует расхода водяного пара на конверсию около 40 г/мин. При частоте переключения секций секционированного адсорбера 3 около 20 ч-1 такой расход может быть обеспечен насадкой цеолита массой около 600 г и объемом около 2 л.The corresponding fuel consumption (dimethyl ether) 6 at a nominal engine mode will be about 2.4 kg / h, which will require a steam consumption of about 40 g / min for conversion. At a switching frequency of the sections of the sectioned adsorber 3 about 20 h -1 such a flow rate can be provided by a zeolite nozzle weighing about 600 g and a volume of about 2 l.

Помимо снижения необходимого запаса воды на конверсию горючего (диметилового эфира) 6 на 48-60 л в расчете на суточный цикл, применение способа позволит снизить расход горючего (диметилового эфира) 6 примерно на 4-5 т/год в расчете на один двигатель.In addition to reducing the required water supply for the conversion of fuel (dimethyl ether) 6 by 48-60 liters per day cycle, the application of the method will reduce the consumption of fuel (dimethyl ether) 6 by about 4-5 tons / year per engine.

В качестве исходного горючего 6 может быть выбрано вещество из ряда, содержащего природный газ, углеводороды, диметиловый эфир, метанол, аммиак, этиловый спирт или их смеси.As the initial fuel 6, a substance can be selected from the range containing natural gas, hydrocarbons, dimethyl ether, methanol, ammonia, ethyl alcohol, or mixtures thereof.

В процессе работы энергоустановки в атмосферу выделяется много ядовитых химических веществ, из которых самые опасные - монооксид углерода (СО), несгоревшие углеводороды (СН) и оксиды азота (NO, NO2). Поэтому целесообразно использовать катализатор конвертера 2 для нейтрализации вредных веществ, содержащихся в продукте. Катализатор конвертера 2 может представлять из себя керамический блок, пронизанный продольными порами-сотами, на поверхность которых нанесен активный каталитический слой, например из металлов, содержащих платину, палладий и родий с разветвленной поверхностью площадью до 20-40 тыс.кв.м. Для нейтрализации также необходима относительно высокая температура - около 250°С, а с учетом экзотермической реакции катализатор может разогреваться до рабочих температур от 400 до 800°С, обеспечивающих оптимальные условия для максимальной эффективности. С указанной целью конвертер 2 также может периодически переключаться с режима конверсии горючего 6 на режим нейтрализации, для чего в конвертере поток влажного горючего 6 в режиме нейтрализации заменяется на поток продуктов 5.During the operation of the power plant, a lot of toxic chemicals are released into the atmosphere, of which the most dangerous are carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (CH) and nitrogen oxides (NO, NO 2 ). Therefore, it is advisable to use the catalyst Converter 2 to neutralize the harmful substances contained in the product. The catalyst of converter 2 can be a ceramic block pierced by longitudinal pores-honeycombs, on the surface of which an active catalytic layer is deposited, for example, from metals containing platinum, palladium and rhodium with a branched surface of up to 20-40 thousand square meters. Neutralization also requires a relatively high temperature - about 250 ° C, and taking into account the exothermic reaction, the catalyst can be heated to operating temperatures from 400 to 800 ° C, providing optimal conditions for maximum efficiency. For this purpose, the converter 2 can also periodically switch from the fuel conversion mode 6 to the neutralization mode, for which the wet fuel stream 6 in the converter is replaced by the product stream 5 in the neutralization mode.

В процессе реализации излагаемого способа генерации энергии могут использоваться также возможности нагрева теплоприемника 1 с помощью внешнего подвода тепла, например, продуктами сгорания горючего 5, или за счет электроаккумуляторов.In the process of implementing the described method of energy generation, the possibilities of heating the heat receiver 1 using an external heat supply, for example, by the products of the combustion of fuel 5, or due to electric accumulators, can also be used.

Таким образом, указанный способ позволит повысить возможности генерации энергии, снизить расход топлива, улучшить экономические показатели энергоустановок и систем энергообеспечения.Thus, this method will increase the ability to generate energy, reduce fuel consumption, improve the economic performance of power plants and energy supply systems.

Claims (9)

1. Способ генерации энергии, в котором в энергоустановку подают кислородсодержащий окислитель, а также водородсодержащее газообразное топливо, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть продуктов окисления топлива, выходящих из энергоустановки, направляют в теплоприемник, в котором продукты окисления топлива нагревают последовательно конвертер, в котором за счет нагрева получают газообразное топливо из смеси исходного горючего с водяным паром, а затем нагревают первую секцию адсорбера, в котором поток горючего увлажняют водяным паром, выходящим из адсорбера, после чего продукты окисления топлива направляют на вход во вторую секцию адсорбера, в которой поток продуктов окисления топлива охлаждают и сорбируют из него водяной пар, при этом вход горючего в первую и вторую секции адсорбера периодически переключают с режима нагрева на режим охлаждения.1. A method of generating energy in which an oxygen-containing oxidizing agent and a hydrogen-containing gaseous fuel are supplied to the power plant, characterized in that at least a portion of the fuel oxidation products exiting the power plant are sent to a heat sink in which the fuel oxidation products are heated in series with the converter in which, by heating, gaseous fuel is obtained from a mixture of the original fuel with water vapor, and then the first section of the adsorber is heated, in which the fuel stream is moistened with water vapor m leaving the adsorber, after which the fuel oxidation products are directed to the entrance to the second adsorber section, in which the fuel oxidation products stream is cooled and water vapor is sorbed from it, while the fuel input to the first and second adsorber sections is periodically switched from heating mode to cooling. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конвертере реакцию получения газообразного топлива проводят с использованием катализатора.2. The method according to claim 1, characterized in that in the converter the reaction for producing gaseous fuel is carried out using a catalyst. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходное горючее выбирают из ряда, содержащего природный газ, углеводороды, диметиловый эфир, метанол, аммиак, этиловый спирт или их смеси.3. The method according to claim 1, characterized in that the source fuel is selected from the range containing natural gas, hydrocarbons, dimethyl ether, methanol, ammonia, ethyl alcohol or mixtures thereof. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей в адсорбер горючее нагревают и/или испаряют за счет охлаждения продуктов окисления топлива.4. The method according to claim 1, characterized in that before being fed into the adsorber, the fuel is heated and / or evaporated by cooling the products of fuel oxidation. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение продуктов окисления топлива, проходящих через адсорбер, осуществляют с помощью водяного теплоносителя, отделенного от продуктов газонепроницаемой поверхностью.5. The method according to claim 1, characterized in that the cooling of the oxidation products of the fuel passing through the adsorber is carried out using an aqueous heat carrier separated from the products by a gas-tight surface. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конвертере проводят нейтрализацию вредных веществ, содержащихся в продукте окисления топлива.6. The method according to claim 1, characterized in that the converter conducts the neutralization of harmful substances contained in the fuel oxidation product. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве энергоустановки используют тепловой двигатель или газовую турбину или электрохимический генератор.7. The method according to claim 1, characterized in that a heat engine or a gas turbine or an electrochemical generator is used as a power plant. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сорбента в адсорбере используют цеолит, или силикагель, или композитные сорбенты, состоящие из матрицы с открытыми порами и помещенного в эти поры гигроскопичного вещества.8. The method according to claim 1, characterized in that the adsorbent in the adsorber uses zeolite, or silica gel, or composite sorbents, consisting of an open-pore matrix and an absorbent substance placed in these pores. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что температурный режим конвертера поддерживают изменением подачи в теплоприемник горючего или продуктов окисления топлива. 9. The method according to claim 1, characterized in that the temperature mode of the converter is supported by changing the supply to the heat receiver of fuel or oxidation products of fuel.
RU2011146309/06A 2011-11-16 2011-11-16 Method of energy generation RU2485330C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011146309/06A RU2485330C1 (en) 2011-11-16 2011-11-16 Method of energy generation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011146309/06A RU2485330C1 (en) 2011-11-16 2011-11-16 Method of energy generation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011146309A RU2011146309A (en) 2013-05-27
RU2485330C1 true RU2485330C1 (en) 2013-06-20

Family

ID=48786372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011146309/06A RU2485330C1 (en) 2011-11-16 2011-11-16 Method of energy generation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2485330C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1752163A3 (en) * 1990-05-08 1994-01-15 Институт высоких температур научного объединения "Ивтан" Combined energy conversion method
RU2066777C1 (en) * 1992-11-17 1996-09-20 Шевцов Валентин Федорович Engine
RU2177366C1 (en) * 2000-12-09 2001-12-27 Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН Catalyst and method for production of synthesis gas or carbon-enriched mixture from water-alcohol mixtures
RU2280925C2 (en) * 2000-10-30 2006-07-27 Квестэйр Текнолоджиз Инк. Separating gases of high energy efficiency for fuel cells
US20100080754A1 (en) * 2008-09-29 2010-04-01 Iep Process for producing hydrogen with complete capture of co2 and recycling unconverted methane
US7947120B2 (en) * 2007-05-18 2011-05-24 Exxonmobil Research And Engineering Company Temperature swing adsorption of CO2 from flue gas using a parallel channel contractor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1752163A3 (en) * 1990-05-08 1994-01-15 Институт высоких температур научного объединения "Ивтан" Combined energy conversion method
RU2066777C1 (en) * 1992-11-17 1996-09-20 Шевцов Валентин Федорович Engine
RU2280925C2 (en) * 2000-10-30 2006-07-27 Квестэйр Текнолоджиз Инк. Separating gases of high energy efficiency for fuel cells
RU2177366C1 (en) * 2000-12-09 2001-12-27 Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН Catalyst and method for production of synthesis gas or carbon-enriched mixture from water-alcohol mixtures
US7947120B2 (en) * 2007-05-18 2011-05-24 Exxonmobil Research And Engineering Company Temperature swing adsorption of CO2 from flue gas using a parallel channel contractor
US20100080754A1 (en) * 2008-09-29 2010-04-01 Iep Process for producing hydrogen with complete capture of co2 and recycling unconverted methane

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011146309A (en) 2013-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Amphlett et al. Hydrogen production by steam reforming of methanol for polymer electrolyte fuel cells
Mendes et al. Enhancing the production of hydrogen via water–gas shift reaction using Pd-based membrane reactors
Han et al. Purifier-integrated methanol reformer for fuel cell vehicles
Wu et al. Modeling of a novel SOFC-PEMFC hybrid system coupled with thermal swing adsorption for H2 purification: Parametric and exergy analyses
Wang et al. Kinetic and thermodynamic analyses of mid/low-temperature ammonia decomposition in solar-driven hydrogen permeation membrane reactor
Ortiz et al. Optimization of power and hydrogen production from glycerol by supercritical water reforming
RU2561755C2 (en) Operating method and system of gas-turbine plant
Yang et al. Characteristics of methane reforming using gliding arc reactor
El-Shafie et al. Energy and exergy analysis of hydrogen production from ammonia decomposition systems using non-thermal plasma
CN110739471B (en) Cogeneration system based on reforming hydrogen production device and fuel cell
Zhao et al. Mid/low-temperature solar hydrogen generation via dry reforming of methane enhanced in a membrane reactor
Hedayati et al. Exergetic study of catalytic steam reforming of bio-ethanol over Pd–Rh/CeO2 with hydrogen purification in a membrane reactor
Basile et al. An experimental investigation on methanol steam reforming with oxygen addition in a flat Pd–Ag membrane reactor
Prigent On board hydrogen generation for fuel cell powered electric cars. A review of various available techniques
CN105720285A (en) Enclosed fuel cell hydrogen source system
Giunta et al. Simulation of a hydrogen production and purification system for a PEM fuel-cell using bioethanol as raw material
WO2017051610A1 (en) Internal combustion engine
RU2485330C1 (en) Method of energy generation
JP4728837B2 (en) Hydrogen supply system
KR101136234B1 (en) Biogas reforming system using waste heat, and biogas reforming method using the same
RU2515477C2 (en) Method of obtaining hydrogen
JP2022076978A (en) System and method for processing off-gas discharged from fuel cell
JP4945158B2 (en) Fuel cell power generation system
CN106374124A (en) Reformation chamber for heating by catalytic oxidation of methanol
Li et al. CO removal by two-stage methanation for polymer electrolyte fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20160405

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161117